九大云原生产品之华为云IEF智能边缘平台

课程目标

学完本课程后，您将能够:

了解云原生边缘计算技术发展现状

了解KubeEdge社区现状和架构

了解IEF智能边缘平台的产品能力

智能边缘平台(Intelligent EdgeFabric）基于Kubernetes和KubeEdge生态构建，将云原生的技术应用到边缘计算，为企业提供举报极致轻量、边缘智能、强劲算力的边云协同操作系统。可管理多种边缘设备，将丰富的AI、loT及数据分析等智能应用以轻量化的方式从云端部署到边缘，满足用户对智能应用边云协同的业务诉求

为什么选择智能边缘平台

云计算是集中化的，离终端设备（如摄像头、传感器等）较远，对于实时性要求高的计算需求，把计算放在云上会引起网络延时变长、网络拥塞、服务质量下降等问题。而终端设备通常计算能力不足，无法与云端相比。在此情况下，边缘计算顺应而生，通过在靠近终端设备的地方建立边缘节点，将云端计算能力延伸到靠近终端设备的边缘节点，从而解决上述问题。

智能边缘平台（Intelligent EdgeFabric）通过纳管您的边缘节点，提供将云上应用延伸到边缘的能力，联动边缘和云端的数据，满足客户对边缘计算资源的远程管控、数据处理、分析决策、智能化的诉求，同时，在云端提供统一的边缘节点/应用监控、日志采集等运维能力，为企业提供完整的边缘和云协同的一体化服务的边缘计算解决方案。

前言

万物互联时代快速到来，5G网络普及导致网络边缘设备以及产生的数据量快速增长，设备的计算能力不足，汇聚到集中式数据中心处理将面临响应实时性、网络稳定性、数据安全性的挑战。

在边缘进行计算，边侧资源的监控、调度复杂性将随规模的扩大成倍增长，直接影响整体计算效率，因此提升云边协同计算以及边缘设备和应用的管理能力迫在眉睫。

目录

1.云原生边缘计算技术发展现状

2. KubeEdge社区现状和架构

3.IEF智能边缘平台主要功能与产品演示

边缘计算发展的核心驱动力

低时延

为满足低时延要求，需要在离业务现场，最近的“边缘”构建解决方案，减少业务处理时延，业务本地闭环

海量数据分析(带宽优化)

5G/IoT时代边缘数据爆炸性增长，难以直接回传至云端且成本高昂，数据在本地进行分析和过滤，节省网络带宽，如AI推理、流分析等

安全隐私

数据涉及企业生产和经营活动安全，在边缘处理企业保密信息、个人隐私

本地自治&交互

不依赖云端的离线处理能力、自我恢复能力;能够与本地系统进行交互。

边缘计算领域的发展现状和核心玩家

Gartner: 2022年边缘计算将成为所有数字业务的必要需求

Grand:全球边缘计算市场将以41%的符合年增长率快速增长

3GPP:5G网络架构演进边缘计算是5G未来网络的一个重要方向

边缘计算逐渐进入炒作顶峰，研究机构和标准组织对边缘计算均保持乐观态度

边缘计算渗透入各行各业，云计算巨头和网络通信运营商最为积极

传统的边缘计算逐步向CloudNative技术演进

云计算和边缘计算并不是对立的。边缘计算是云计算向终端和用户侧延伸形成的新解决方案。可以说，边缘计算本身就是云计算概念的延伸，即便是赋予其独立的概念，也无法做到与云计算切割开，二者本就是相依而生、协同运作的。---中国信息通信研究院《云计算与边缘计算协同九大应用场景(2019年)》

面向边缘计算场景，专为边云协同设计；业界首个云原生边缘计算框架；开放社区治理，连接云原生和边缘计算生态；旨在提供应用协同、资源协同、数据协同和设备协同的统一标准。

2020年9月∶晋级CNCF Incubation； 3.7k+ Stars,960+ Forks on github；620+社区贡献者；50+社区企业、机构；吸引全球开发者6万+；3个社区SIG: SlG Device loT、SIG MEC、SIG Al

核心理念

云边协同

-双向多路复用消息通道，支持边缘节点位于私有网络

- Websocket ＋消息封装，大幅减少通信压力，高时延下仍可正常工作

边缘离线自治

-节点元数据持久化，实现节点级离线自治

-节点故障恢复无需List-watch，降低网络压力，快速ready

极致轻量

-重组Kubelet功能模块，极致轻量化(~70mb内存占用)·移除内嵌存储驱动，通过CSI接入

-支持CRl集成Containerd、CRI-O，优化runtime资源消耗

边缘设备管理

-支持Device Mapper设计，用户可以自定义接入多种边缘设备协议

智能边缘平台(Intelligent EdgeFabric）基于Kubernetes和KubeEdge生态构建，将云原生的技术应用到边缘计算，为企业提供举报极致轻量、边缘智能、强劲算力的边云协同操作系统。可管理多种边缘设备，将丰富的AI、loT及数据分析等智能应用以轻量化的方式从云端部署到边缘，满足用户对智能应用边云协同的业务诉求

https://www.huaweicloud.cn/product/ief.html

边缘高可靠:IEF提供了节点自治、故障迁移以及多实例部署的能力来保障业务的可靠性和连续性。

统一运维:用户能够通过界面全流程完成从资源纳管到业务下发再到后期的业务监控运维与升级更新，大大提升业务部署、运维效率，降低使用门槛。

支持海量接入规模:IEF通过优化边云连接，最大可单集群能够支持3000边缘节点接入，并且支持根据用户业务规模扩大而进行集群水平扩容。

面向云原生:IEF基于KubeEdge构建，兼容云原生生态，解耦业务、硬件与设备，支持用户根据自身场景诉求灵活演进。

异构设备接入:IEF能够支持x86、ARM32及ARM64架构的设备，覆盖了大型服务器、智能小站甚至loT设备，能够全面支撑客户得边缘业务场景。

轻量化:IEF优化边缘侧管理组件资源占用，Edge-Core最低开销只需128MB内存。

边缘节点管理

IEF支持接入海量的边缘节点（EdgeNode），在IEF中可以自动生成边缘节点的配置信息，能够高效、便捷的纳管（安装Edge Agent）边缘节点，所有边缘节点可以在云端统一管理、监控和运维。

终端设备管理

支持终端设备连接到边缘节点，终端设备支持通过MQTT协议、Modbus协议和OPC-UA协议等接入。终端设备接入后，可以对终端设备进行统一管理。

边缘应用管理

IEF支持将容器应用和函数部署到边缘节点，并管理容器应用和函数。

• 容器应用

  IEF支持以容器的形式将边缘应用快速部署到边缘节点运行。您可以将自己的边缘应用程序打包成容器镜像，并上传到容器镜像服务，然后通过IEF将容器镜像部署到边缘节点运行；同时IEF还支持将华为云上已有应用部署到边缘节点运行。并且IEF支持对应用进行版本升级、配置变更、卸载、监控和日志采集。

  容器具有更繁荣的生态，能帮助您的容器应用无缝切换到其他的运行环境中，具有更好的可移植性，而且容器具有更好的资源隔离性，并支持CPU/GPU调度。

• 函数

  IEF支持将华为云FunctionGraph中的函数部署到边缘节点运行，并能够在IEF中控制函数的起停。

  函数相比容器更加轻量，部署速度更快，如下两种情况建议选择使用函数。

  • 如果边缘节点资源受限，可采用函数的方式。
  • 如果边缘应用业务逻辑是基于事件驱动，可采用函数的方式，函数可以通过事件触发的机制快速响应。

消息路由管理

IEF提供了消息路由功能，您可以配置消息路由，IEF根据配置的消息路由将边缘消息转发至对应消息端点（Endpoint，发送或接收消息的一方），让消息按照规定的路径转发，灵活控制数据路由，并提高数据安全性。

业务需求

微服务跨边云发现和通信

跨边云服务通信全链路进行路由、限流、熔断等治理能力

灰度发布:金丝雀、蓝绿发布等典型发布流程

关键技术

跨边云的统一服务发现

支持多种边缘接入方式的边云Overlay网络通道

高集成度的服务发现和服务路由的边缘实现

云边统一的应用流量治理

跨子网网络穿透

典型的部署需求

双机热备

多机多活互备

有关联的应用同节点部署以提升应用间交互效率

同一应用的不同实例跨节点部署以提升可用性

依据边缘节点的不同属性将应用部署于不同分组中

定义独立于节点的应用部署以实现满足条件的新边缘节点上线后自动安装应用

云上训练,边缘推理

人工智能服务利用云上的资源完成海量数据预处理及半自动化标注、大规模分布式训练、自动化模型生成，支持部署到云上或边缘。

边缘服务将云上训练好的Al应用以容器或函数形式推送到边缘节点，提供边云传输通道，联动边缘和云端的数据，支撑AI应用实现边云智能协同。同时提供升级、监控、日志等运维能力。

边缘Al容器/函数加载模型，实时从设备获取数据，通过推理进行瑕疵检测，根据结果调整生产设备的参数，提升良品率。

边缘产生的数据和推理结果周期上传到云上，用于持续模型训练和生产分析。

边缘处理，云上挖掘

边缘侧多设备多协议数据接入

基于事件规则处理数据，不同事件类型，分别建立规则，Error类一小时内五次警报，Warning类型，使用复杂规则。根据多个警报类型—定时间内触发警报规则。

边缘侧直接警报，可到毫秒级延时

对重要数据进行实时统计，实时展示最新状态

数据清洗后上云归档，进行进一步地挖掘和分析

集中管理边缘资源

边缘计算提供云-边-端的资源协同管理，在云端统一管理边-端的节点和设备。

传感器、网关、摄像机、机床等各种设备通过本地网络接入边缘节点，通常会有专门的工业协议，如Modbus、OPC-UA，也可以使用MQTT、Http等通用协议。

通用服务器、工控机、边缘专用盒子等边缘节点通过因特网连接到云端，通常使用Http、MQTT等通用协议。

资源协同:如何对节点、设备进行功能抽象，在云-边-端之间通过各种协议完成数据接入，在云端统一管理和运维

1.纳管边缘节点，绑定终端设备

2.开发应用并制作镜像，上传到容器镜像服务(SWR)

3.通过IEF将应用部署到边缘节点，运行您的实际业务。

4.(可选)回传数据到云上做进—步处理，根据处理结果更新应用。

本课总结

边缘节点：边缘节点(EdgeNode）是您自己的边缘计算设备，用于运行边缘应用，处理您的数据，并安全、便捷地和云端应用进行协同。

终端设备：终端设备可以小到传感器、控制器，大到智能摄像机或工控机床。终端设备可以连接到边缘节点，IEF支持以MQTT协议、modbus协议和OPC-UA协议等接入终端设备。

容器应用：容器应用是您需要在边缘节点上运行的功能模块，通过部署所需应用来构建您自己的边缘计算能力。

函数应用：函数指的是FunctionGraph服务中托管的函数，IEF支持将FunctionGraph中的函数下发到边缘节点运行，快速响应边缘的事件。

消息端点：数据发送的起始点或者数据接收的目的点，如数据从终端设备发送到云端服务，终端设备为源端点，云端服务为目的端点。

消息路由：由源端点，源端点资源，目的端点和目的端点资源组成，系统会根据消息将消息从源端点指定资源转发到目的端点的指定资源上。

参考链接

相关内容的华为云官网链接: https://support.huaweicloud.cn/usermanual-ief/ief_01_0001.html

Kubeedge官方文档: https://kubeedge.io/en/

IEF智能边缘平台官方首页: https://www.huaweicloud.cn/product/ief.html